タマネギバエDeliααntiquαの羽化自記記録装置の開発

タマネギバエDeliaαntiquaの羽化自記記録装置の開発
新井哲夫1）、盛谷 亨2）、渡邊 優3）

Development in automatie reeording apparatus ofadult eclosion of onion fly， Delia antiqua
Tetsuo ARAI， Tohru MORIYA， Yutaka WATANABE

1 タマネギバエDe〃∂∂ntiqu∂の羽化リズム

タマネギバエの成虫の活動リズムについても共同で研究に関する経過研究し（Watari＆Arai：1997，1998，1999）、Watari（2000）は、タマネギバエの成虫の活動リズムに関して学位論文をまとめ、「Entrainment of circadian

実験材料のタマネギバエは、北海道のタマネギ畑で採集され、北海道立中央農業試験場で累代飼育されていた系統を、1975年および1981年に譲り受けたものである。それ以後タマネギバエは、弘前大学農学部応用昆虫学研究室、1987年間ら芦屋大学生命工学研究室、2003年以降現在に至るまで、山口県立大学環境生態学研究室及び芦屋大学で累代飼育されてlocomotor activity rhythm in the onion fly，Deliααntiquα」として岩手大学連合大学院から博士（農学）の学位を得ている。

2 羽化個体数の計測方法の開発いる。

羽化数の調査方法は、1991年を境にして異なる。

著者の一人である新井は、タマネギバエの休眠や羽化時刻の決定に対する環境の影響に関する研究を1975年中始めた。1991年までの実験における羽化数

1975〜1991年の羽化個体数は、全て肉眼による計測

長さ25mm）にそれぞれ蠕を1個入れ、羽化したは2時間ごとに調査した。羽化数調査の一部は、当成虫が脱出しないように、両端を脱脂綿で栓をし、時弘前大学の学生であった千田勤子（1980〜1981年）それらをシャーレに入れてそれぞれの条件下に保ち、・渡康彦（1982〜1983年）（現在芦屋大学教授）の2時間ごとに羽化した成虫の入ったチューブを取りであった。透明なチューブ（内径の直径3．5mm・両君、及び当時芦屋大学の学生であった北井徹・小崎幸成の両君（1990〜1991年）が手伝ってくれた。

出して、羽化数を計測した。暗期中の羽化数調査は、会第26回大会（1982）において、また「Adult eclosion非常に弱い赤色光を用いた。1回の調査に要する時間は、1〜5秒であった。
1991年以降の羽化数の計測は、赤外線センサーを用いた自記記録装置で記録した。芦屋大学で開発しrhythm in the onion fly， Hylemia antiqua］

た1号装置における赤外線センサーは、「竹中電気」（Arai・Watari・Kitai・Kosaki）として第4回生
物リズム札幌シンポジウム（1991）において発表しの製品を使用し、現在も引き続き使われており、デーた。新井は、1975年から現在まで、タマネギバエの羽化時刻に対する光周期・温度周期の影響や光・温度の信号の影響及び休眠に対する光周期の影響に関する実験を進めてきた。現在は、光周期と温度周期の組み合わせならびに光と温度の単一信号を組み合わせた条件が羽化時刻にどのように影響するか、また蠕休眠に対する光周期や温度の影響について実験を継続している。芦屋大学在任中の2003年まで、タマネギバエの羽化リズムに関して、渡康彦（当時芦になっている（図1‑A）。山口県立大学生態学研究室で使用している2号装置では、恒温器内にデー
タ記録計測装置を設置し、実験終了後にデータ記録計測装置とパーソナルコンピュータを接続して解析するシステムを採用している（図1‑B）。
1号装置におけるパーソナルコンピュータシステ
ム（NEC：PC98）で構i成される計測・記録・解析に関わるソフトウェアは、清水徹博士によって開発され、現在も継続して改良されており、彼の協力なくしてタマネギバエの活動や羽化の時刻に関する研究

それらの研究結果の一部は、「タマネギバエの羽化時刻」（新井哲夫・渡康彦）として応用動物昆虫学

タは直接パーソナルコンピュータに入力されるよう屋大学講師・助教授）と共同で研究を進めた。また、
1）山口県立大学生活科学部 教授
2）芦屋大学教育学部 助教授
3）芦屋大学教育学部 教授
一 19 一山口県立大学生活科学部研究報告 第32号（2006）A

恒温器

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一声'上智 一一●'

保持﹁⁝一：A

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センサー：［HL一一■' 一 馬、@．一'曹9㍉ 、

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赤外線 1板

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図・データ

プリントアウトパーソナル
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恒温器
一'一P■ ■'一．一'冒一〆
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赤外線一1' ）z?

l． データ記録

計職置'Fe！i鷹⇒學鵬，

C

データ記録： 集計解析用
計測装置1，・一ソナルコンピュータ

一 一

一

図1 羽化数自記記録装置
A＝1号装置 B＝2号装置の進展はありえず、この場を借りてお礼申し上げる。

また彼と緊密に連絡を取り合ったのは、渡康彦であD旦る。その後1号装置に改良が加えられ、さまざまな実験に使用されている（斎藤、2005：渡ら、2005）。

山口県立大学で使用している2号装置のデータ記録
計測装置は、著者の一人である嘉言によって主に開発されたもので、詳しくは後述する。

センサL一一d

羽化個体数の計測を赤外線センサーで記録するにあたり、赤外線センサー通過時の検知をどのように×

図2 蜻保持板と計測用大玉・小玉の配置するかが問題であった。最初の装置は、羽化した成A：正面図

虫が壁面を伝って上昇する性質を利用し、赤外線セ

B〜D＝側面図
B＝蝋（a）をセットした状態。
C：蝋（a）から脱出した成虫（b）が大玉（c）を押し、小玉（d）を落下させ、大玉ストッパー（e）で止まり、成虫の脱出を防いだ状態。
D：落下した小玉（d）がセンサーを通過して計測される。

ンサーを横切る成虫を直接計測するものであった。

しかし羽化した全ての成虫がセンサーを横切るとは限らず、またセンサーを通過した成虫の一部が壁面を降下し、再びセンサーを横切ることがあったため、羽化数を正確に記録で、きないことがわかった。そこることができる。蠕は、小玉の落ちる反対側から玉の方向に向かって頭部を前にして挿入してセットし、でSaunders（1976）の羽化記録装置を参考にし、落下した玉をセンサーによって検知させる方法にした。

蠕挿入口をアクリル板で密閉することにより成虫のSaundersは、羽化成虫の脱出を防ぐために布を用いたが、著者の一人である新井は、大小2つの玉の脱出を防いだ。

蠕を保つ保持板として既製品を最初用いたが、その形状が正方形や隙間のある構造のため、隙間から成虫が脱出する場合があり、データが不正確になる可能性が大きく、この点を改良しなければならなかっ使用を考案・試作し、1990年号実用化した（図2）。

それ以後この方法を用いた装置は、両大学において使用されており、Watari（2002a）が示したものがた。そこで、透明のアクリル板に円形の穴を開け、成虫の脱出を完全に防ぐように改良した（図2）。

1号装置である。羽化した成虫が直接押す大きい玉を奥にすえて成虫の脱出防御用とし、大きい玉の前にやや小さい玉を置き、その小玉が落下して赤外線センサーを横切ることによって計測される構造にした。大きい玉の落下を防ぐため、小玉の落下口に止め板（ストッパー）を装着した。この止め板によって大きい玉の落下を防ぐことができ、かつ羽化成虫は蜻保持装置内に残され、小さい玉のみを落下させ使用する材料の選択及び製作技術に関して、1号装置・2号装置ともに本論文の共著者である盛谷・渡邉の専門的知識及び技術によるところが大きい。このようにして製作された試作装置は、羽化数を正確に計測したため、この装置によって実験を進めることにした。1990年に完成した1号装置の実際の組み

一 20 一タマネギバエDeliααntiquαの羽化自記記録装置の開発立て作業は、主に渡が行った。この装置の開発によっA翻て、以後の羽化数は正確に計測されるようになった。

しかし1号装置は、蠕保持板が垂直に保たれていたため、自記記録装置にセットするときのほんの少しの振動や不注意によって小玉がころがり落ちることがあった。山口県立大学環境生態学研究室において使用している2号装置では、蠕保持板を少し傾斜させ、小玉の落下を防ぐように改良されている。また
1号装置で使用している小玉のビーズ球が不完全な球形であるため、センサーに到達する前に途中で止まる場合があった。そこで2号装置では完全な球形の小玉を使用し、また小玉が転がってセンサーを通ｧ至ヨ1過する際のアクリル板の傾斜角度を工夫することによって途中で止まることがなくなり、正確に計測されるようになった。以上のように、タマネギバエの羽化数自記記録装置の開発は、1号装置においては、

d［Now］

年月日

v測間隔

現在時刻』一』．

，fータ入力［A］ ［o］ ［v］ ［Menu］ 操作スイッチ

B ab［Now］

年月日

計測間隔

現在時刻
［o］［v］

Start

Data

←

［A］

ret

↓計測開始

c

［＾］ ［o］ ［v］

cate T血【e I且tT
↓ ↓ ↓年月日 時刻 計測間隔

▼C

︐

データ出力
電源

新井・清水・溺谷・渡邉・渡の5名による共同研究の結果であり、2号装置は、新井・盛谷・渡邉の3名によるものである。なお2号装置では、タマネギ［Data Out］

データ分析用nK？Pu8h［＾］Key！

pーソナル

一一網
［A］

バエのほか、ヨトウガBαrαthrαbrαssicαeやアメ操作スイッチRンピュータ↓

データ［Data Out］ 一 End！！

リカシロヒトリHyphαntria cuneαの羽化数も記

図3 データ記録計測装置の動作状態
A＝センサーからのデータ入力。
B：a；表示画面。
b；操作スイッチ［Menu］による表示画面。
［A］年月日・現在時刻・計測間隔の入力。
［o］計測開始。
［v］データ出力。
c；操作スイッチ［A］による表示画面。
d；年月日・現在時刻・計測間隔をそれぞれ入力。
C＝実験終了後、データ記録計測装置をデータ分析用パーソナルコンピュータに接続。操作スイッチ［Data］［v］→［Data Out］［A］により、データ記録計測装置からデータ分析用パーソナルコンピュータに出力。

録できるように改良されている。

3 データ記録計測装置の開発
実験を開始した1975年から1991年まで、羽化数は肉眼で計測された。1991年以降、赤外線センサーを用いた装置を開発することによって、年間を通していろいろな処理の実験を連続的に実施することが可能となり、実験及びその記録と解析は飛躍的に容易になった。ここでは、山口県立大学環境生態学研究

定をした後、②計測を開始する。計測時において、室で使用中の2号装置におけるデータ記録計測装置について論じる。

表示画面には計測開始日、現在時刻、計測回数、現本装置は、ワンチップマイクロコンピュータモジュー

在の計測数など、必要最低限の情報が常に表示されル（秋月電子通商）を利用したデータ記録計測装置ている。また計測の終了は、基本的に手動で行うが、であり、一定時間ごとに赤外線センサーを通過する（a）計数の合計が100になった場合（羽化全数の終直径約3mmの完全な球形の球を計数・記録する。

了）、（b）記録するメモリーの容量がいっぱいになっ

本装置の機能は、①内蔵時計の時刻や日付、計測間隔を設定する「タイマー設定」、②設定された時た場合（約65000データ）には、計測を自動的に停止し、赤色のLEDを点滅させて計測の終了を知らせる。このように計測集積されたデータは、装置内間間隔で赤外線センサーからの情報を計数・記録する「計測」、③計測したデータを集計分析用のパーの不揮発性メモリーに記録されており、電源を切っても失われることはない。実験が終了した後、改めて③集計分析用パーソナルコンピュータと本装置をソナルコンピュータに転送（シリアル通信）する「データ出力」の3つから成り立っている。

シリアルケーブルで接続し、データを転送すること電源を入れるとシステムが起動し、オープニングメッセージを表示した後、現在時刻と計測間隔の設定値が表示される（図3）。スーパーキャパシタによるバックアップ電源により内蔵時計は常に動作しているため、その都度時刻設定の必要はない。次に操作キーを押すと、上記の3機能を選択するメニュー画面が表示されるので、必要に応じて①タイマー設ができる。

以上のようにしてデータ記録計測装置から集計分
析用パーソナルコンピュータに転送されて得られたデータから、タマネギバエ（ヨトウガ、アメリカシロヒトリ等）の羽化時刻に対する環境周期の影響や光・温度の信号の影響についての解析を進めるわけ

一 21 一山口県立大学生活科学部研究報告 第32号（2006）である。

11．3±1．62 hr

Cll FL

illlHlllHMII‑11LlliLiHMIII］lllHHj

劣に一．

4 羽化実験結果の比較

aO

羽化数いる。そこで同じ処理の実験結果について、1970年
代と1991年以後の結果を見てみよう。1975年一1991
年の実験は、肉眼による調査で、1991年以後は赤外〇

10．8±1．88 hr⑩3020100b

羽化数の計測方法が、1991年を境にして異なって

一｝一一一 …

鼈鼈黶c■一Hllllllllllll

4

S 12 16 20 24

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時間

B．Aa 10．8±1．79hr
歪こ二二一一一二二線センサーを使用した自記記録装置による結果であ1：．．二る。不休眠蠕を用いた肉眼での観察は2時間間隔であったため、自記記録装置における場合も不休眠蠕

で2時間間隔の結果を示した（図4‑A）。また自記記録装置では、計測間隔を1分から1時間〜2時﹁1﹁﹂1Lc〇b 10．4±1．53hr
鼈齠焉v」一山．．｝@間またはそれ以上と自由に設定することができ、ここでは同じデータを1時間間隔と2時間間隔の両方で示した（図4‑B）。またコンピュータからプリントアウトした生データもそのまま示した（図4‑C）。1987年〜2003年の芦屋大学在任中における新井単独又は渡との共同でなされた研究は、いろいろな温度レベル（30・25・20・15℃）における光周期40｝．一鑑一C

一一一' ，幽10．3±1J9 hr

R0Q0P02喝

99＝→幽℃

18＝曝

わ
ゆ5o」弓

12Dooリり「n届羽化数アdつd﹁﹁﹁﹁﹂4030⑳100条件下での羽化時刻、温度周期条件下での羽化時刻、lZ

6ロ．ヨー皿O'ζh60・・麗■

ぶt孔＝5c4e 12 IS ro 24

11時間

周期条件から恒常条件への移行による羽化リズムの持続性などであるが、それらと基本的に同様のデザ

藍インによる実験結果の一部は、Watari（2002， a，b）

ba

D

15℃ 1 25℃

15℃ 1 25℃⊂＝＝＝＝＝＝＝■■■■■国匿@卸25

肉眼での観察と自記記録装置の結果は、12L：12Dの光周期の下で、肉眼の結果のほうが若干遅くなる傾向が見られた（図4‑A）。明期が12時間より短い光周期において、肉眼による結果と自記記録装置による結果が異なったことから、1990年以後共同で研究を進めた渡と検討し、早急な発表を控え、実験を重ねることにした。実験材料のタマネギバエは30年以上実験室内で累代飼育されているため、作為的でないにしても人為的な選択が休眠性に対して影響したのではないかと考えられる結果が得られていることから、羽化時刻に対しても何らかの影響を与えている可能性が考えられ、現在この点についての■■■■■圏■［＝＝＝＝＝＝コ＿一一一
sor'm一一20羽化蝕

によって発表されている。

酬■｝

『鼈黶
48π276のロ@■團■

02024o8晶1。「024

図4 羽化パターンの実例
A＝25℃、12L＝12Dにおける不休眠蝋を用いた2時間間隔の羽化パターン。
a；肉眼での結果（1980年実験）。

b；自記記録装置での結果（1993年実験：1号装置）。
B：25℃、12L：12Dにおける自記記録装置による1時間・2時間間隔の羽化パターン（1993年実験、新井・渡による未発表データ：1号装置）。

a・b；1時間間隔。
c・d；2時間間隔。
a・c；不休眠蝋。
b・d；休眠蝋。
C＝25℃、12L：12Dにおける自記記録装置で得られたコンピュータからの1時間間隔での生データ（1993年実験、新井・渡による未発表データ：1号装置）。
a・b；全実験期間を通した羽化パターン。
c・d；24時間にまとめた羽化パターン。
a・c；不休眠蝸。
b・d；休眠蝋。

解析を進めている（新井、未発表）。

休眠踊と不休眠蠕の羽化時刻は若干異なっており、休眠蠕の羽化時刻が不休眠蜻よりやや早くなる傾向が見られた（図4‑B、C）。ここには示さないが、いろいろな光周期条件下においてもその傾向があり、D＝温度周期（25℃：15℃、各12時間）と光周期（12L：12D）を組み合わせた条件下における羽化パターン（21983年の時点およびその後の実験においてその事実は確認されていた（新井・渡、未発表）。同様の実号装置）。

a；低温相と明期が一致する条件。
b；高温相と明期が一致する条件。

験結果の一部は、Watari（2002a）によって発表されている。

バエDαcus dorsαlisの羽化（新井、1976）やヒメク

次に温度周期（25℃：15℃、各12時間）と光周期（12L＝12D）をいろいろな位相で組み合わせて羽化のパターンを調べた結果の一部を示す（図4‑D）。
温度と光の周期を組み合わせる実験は、ミカンコミ

サキリHomorocor：yphus／'ezoensis（Arai，1998）のふ化において報告されており、ヒメギスEobianαengelhαrdti subtropicαのふ化（新井、未発表）

一 22 一タマネギバエDeliααntiquαの羽化自記記録装置の開発

やヨトウガの羽化（新井、未発表）でも研究されてtomological Science 1：491‑494．

いる（新井、1995）。タマネギバエにおいて、両方

新井哲夫・渡康彦 1982 タマネギバエの羽化時刻
応用動物昆虫学会第26回大会の周期を組み合わせた場合、そのどちらか一つの周期に依存して羽化するのではなく、両方の周期が羽化時刻の決定に関与していることがわかる。今後この点に関して解析を進めたいと考えている。

Arai， T．， Watari， Y．， Kitai， T． and Kosaki， Y． 1991

Adult eclosion rhythm in the onion fly，Hylemia antique． 4th Sapporo Sympo‑

なお、図4‑A‑aは肉眼、図4‑A‑b、B、 C

sium on Biological rhythm， Sapporo，のデータは1号装置によって計測されたもので、新井・渡による共同研究で得られた未発表データから

Japan
斎藤治 2005 昆虫行動記録ソフトウェアの応答高の引用であり、図4‑Dのデータは2号装置によっ

速化 芦屋大学論叢 41：31‑36．て計測された結果である。

Saunders， D．S． 1976 The circadian eclosion

5 おわりにrhythm in Sarcophaga argyrostoma：
some comparisons with the photo‑

タマネギバエの羽化に関する研究は、1975年に始logy． 110：111‑133．

periodic clock． Journal comp． Physio‑

まった。1991年以前の羽化数は肉眼で調査したため、Watari， Y． 2000 Entrainment of circadian

そのうちの3年間は、4名の学生の助力を得た。

locomotor activity rhythm in the onion

1991年以降は、自記記録装置の開発によって1年を通してさまざまな実験ができるようになった。自記

fly， Deliααntiquα．学位論文（岩手大学

記録装置の開発において、蜻を保持する装置の開発とソフトウェアを含めた赤外線センサー感知システ
ムの開発は、非常に重要であり、その開発には多く

Watari， Y． 2002a Comparison of the circadian連合大学院）の時間が費やされた。新井による2つの玉を使った装置の開発とともに、共著者による資材選択の知識と組み立て技術なくして装置の開発は実現しなかったであろう。また小玉の感知・計測・解析システムの開発には、共著者はもちろんであるが、清水徹博士の多大な協力があってこそ完成したものである。
共同研究は、それに携わる研究者それぞれの知識と知恵の集積によって成しうるものであり、それなくして多くの成果は期待できない。羽化の自記記録装eclosion rhythm between non‑diapause
and diapause pupae in the onion fly，Delia antiqua． Journal of lnsect Phy‑siology． 48：83‑89．

Watari， Y． 2002b Comparison of the circadianeclosion rhythm between non‑diapause
and diapause pupae in the onion fly，Delia antiqua．： effect of thermoperiod．

Journal of lnsect Physiology． 48：881‑
886．

Watari， Y． and Arai， T． 1997 Effects ofphotoperiod and aging on locomotor

置の開発は、まさにその典型といえる。このようにして開発されたタマネギバエの羽化自記記録装置は、activity rhythm in the onion fly， Delia

ヨトウガ・アメリカシロヒトリの羽化実験でも使用されており、改良が加えられることによって、より43：567‑576．

antiqua． Journal of lnsect Physiology．

詳細な解析が可能になった。今後も、新たな結果やさまざまな未知の事柄を知る手がかりを得られるこ

Watari， Y． and Arai， T． 1998 Effects of D20 on

locomotor activity rhythm in the onionとが期待される。

fly， Delia antiqua． Entomological
Science． 1：477‑483．

引用文献

Watari， Y． and Arai， T． 1999 Effect of dim

light on locomotor activity rhythm in新井哲夫 1976 ミカンコミバエの羽化の日周期性に対する温度と光の周期の影響 日本応用

the onion fly， Delia antiqua． Zoological
Science． 16：603‑609．

動物昆虫学会誌 20：69‑76．

渡康彦・斎藤治・田中一裕 2005 自然条件下での新井哲夫 1995 鳴く虫（キリギリスとコオロギのタマネギバエの活動時刻・羽化時刻の研究

光周性 昆虫と自然 30（11）：34‑42．

方法 芦屋大学論叢 41：95‑102．

Arai， T． 1998 Effects of photoperiod andthermoperiod on hatching rhythm in
Homorocoryphus ／'e20ensis Matsumura etShiraki （Orthoptera：Tettigoniidae）． En一

一 23 一